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政治、军事、外交等活动中签署文件,商业上签订契约和合同以及日常生活中在书信、从银行取款等事务中的签字,传统上都采用手写签名或印鉴。签名起到认证、核准和生效等作用。随着社会信息化程度的提高,人们期望通过数字通信网对贸易合同等进行迅速的远距离签名,数字签名应运而生。它是以电子形式存储的一种消息,可以在通信网络中传输。现在数字签名已经被广泛应用于商业通信系统,例如电子邮件、电子转账、办公室自动化等系统中。而保持结构(SP)的数字签名作为数字签名的一种,在密码学协议的模块化设计,尤其在匿名协议的构造过程中起着重要的作用。本文主要研究SP数字签名,并采用了密码学协议的模块化设计方法,首先设计一个安全高效的SP数字签名,并将其与非交互式零知识证明(GSNIZK)系统相结合,构造了非交互式匿名认证协议和多代理链匿名代理签名协议,具体工作如下：(1)设计了基于q-ADH-SDH假设的SP数字签名,并将其扩展为能够针对多维消息向量进行签名的算法。证明上述算法满足抵抗选择消息攻击的存在性不可伪造性的安全性要求；算法中消息、签名和验证密钥都是群元素,从而能够在构造密码学协议时与GSNIZK系统完全兼容,此外验证密钥属于消息空间,能够实现在公钥上的签名；并对其安全性和性能进行了分析与形式化证明。(2)提出了基于SP数字签名的SPNIAC匿名认证协议。采用GSNIZK现有最高效的SXDH实例来实现证书的匿名认证过程,方案满足正确性、匿名性、零知识性和不可伪造性等安全性要求,并给出了详细的证明与验证步骤。(3)构建了基于SP数字签名的SPMCAPS匿名代理签名协议。该协议结合了动态分层组签名和代理签名的优势,支持用户动态加入系统,实现了多层代理,并能够保持中间代理者和签名者的匿名性。在产生纠纷时,可信第三方可以通过承诺方案的可提取性追踪到代理链和签名者。研究结果表明,SP数字签名能够保持明文消息的结构性,并与GSNIZK系统完全兼容。能够提高模块化设计密码学协议的效率,便于实际应用。